Pluto bewegt sich seit 1989 von der Sonne fort und wird in den kommenden Jahrzehnten immer kälter. Ob seine dünne Gashülle diesen Weg übersteht oder auf der Oberfläche ausfriert, gilt seit Jahrzehnten als offene Frage. Zehn Sternbedeckungen zwischen 2017 und 2023 liefern nun Messwerte, die einen klaren Trend erkennen lassen. Nach einer stabilen Phase seit dem Vorbeiflug der Raumsonde New Horizons fiel der Druck ab Mitte 2021 deutlich ab. Die Autoren sprechen vorsichtig von möglichen ersten Anzeichen eines Kollapses.
Pluto umkreist die Sonne auf einer stark exzentrischen Bahn, die ihn zwischen rund 4,4 und 7,4 Milliarden Kilometer an das Zentralgestirn heranführt und wieder forttragt. Ein vollständiger Umlauf dauert etwa 248 Jahre. Den sonnennächsten Punkt passierte der Himmelskörper 1989, seither nimmt die eingestrahlte Energie kontinuierlich ab. Seine Atmosphäre besteht überwiegend aus Stickstoff, dazu kommen Spuren von Methan und Kohlenmonoxid sowie eine variable Dunstschicht aus komplexen Kohlenstoffverbindungen. Der Bodendruck liegt im Bereich weniger Mikrobar und damit bei etwa einem Millionstel des irdischen Werts. Ob der Himmelskörper, der 2006 seinen Status als vollwertiger Planet verlor, dauerhaft eine Gashülle behält, hängt an einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen Gas und Oberflächeneis.
Der physikalische Kern dieses Gleichgewichts ist die Dampfdruckkurve des Stickstoffeises. Sublimiert Eis an der Oberfläche, steigt der Atmosphärendruck, kondensiert Gas aus, sinkt er wieder. Weil Pluto zusätzlich eine extreme Achsneigung besitzt, verschieben sich die beleuchteten Flächen im Lauf eines Plutojahres erheblich, was die Bilanz zwischen Sublimation und Ausfrieren fortlaufend verändert. Modelle zum Stofftransport haben daraus sehr unterschiedliche Prognosen abgeleitet. Manche sagen einen weitgehenden Kollaps innerhalb weniger Jahrzehnte voraus, andere eine Gashülle, die dank großer Eisreservoire bestehen bleibt. Frühere Auswertungen zeigten zunächst einen monotonen Druckanstieg von 1988 bis 2016, danach Hinweise auf ein beginnendes Ausfrieren ab 2018 und schließlich eine Plateauphase um 2020. Eine belastbare Entscheidung zwischen diesen Szenarien fehlte bislang, weil die einzelnen Messungen mit unterschiedlichen Methoden gewonnen wurden.
Direkt beobachten lässt sich diese Gashülle nicht. Selbst leistungsfähige Teleskope zeigen den Zwergplaneten nur als winzigen Lichtpunkt, und derzeit befindet sich keine Raumsonde in seiner Nähe. Die Forscher um Amanda Sickafoose vom Planetary Science Institute in Tucson nutzen deshalb ein indirektes Verfahren. Bei einer Sternbedeckung zieht Pluto aus irdischer Sicht vor einem Hintergrundstern vorbei, das Sternlicht wird dabei in der Atmosphäre gebrochen und gestreut, sodass die Helligkeit nicht abrupt, sondern in einer charakteristischen Kurve abfällt. Aus deren Form lassen sich Druck und Temperaturprofil mit einer Auflösung im Kilometerbereich rekonstruieren. Ausgewertet wurden zehn solcher Ereignisse zwischen August 2017 und Juli 2023, vier davon von mehreren Standorten gleichzeitig, sechs von einem einzelnen Teleskop. Die Analyse der zehn Bedeckungskurven legt die Modellannahmen und die Fehlerrechnung im Detail offen.
Zwischen dem Vorbeiflug von New Horizons im Juli 2015 und der Mitte des Jahres 2021 blieb der Druck den Messungen zufolge konstant. Erst danach setzte der Rückgang ein. Verantwortlich ist vermutlich die thermische Trägheit der Oberfläche. Nach dem Durchgang durch den sonnennächsten Bahnpunkt gab das Eis noch über Jahrzehnte gespeicherte Wärme ab und hielt die Sublimation aufrecht, obwohl die Einstrahlung längst abnahm. Dieser Puffer scheint sich nun zu erschöpfen. Entscheidend für den weiteren Verlauf ist das große Stickstoffeisreservoir in der herzförmigen Ebene Sputnik Planitia, das je nach Modell noch lange genug Gas nachliefern könnte, um einen vollständigen Kollaps zu verhindern. Wie tief diese Vorräte reichen und wie schnell sie reagieren, ist offen, weil sich der innere Aufbau des Eiskörpers bislang nur über Simulationen erschließen lässt.
Die konkrete Zahl hängt davon ab, welche Annahmen über den Dunst in die Modellierung eingehen. Betrachtet man ausschließlich die klare obere Atmosphäre, ergibt der Vergleich der Jahre 2015 bis 2021 mit dem Jahr 2022 einen Druckrückgang von rund sieben Prozent. Wird die Dunstschicht in den tieferen Lagen berücksichtigt, wie sie beim Vorbeiflug 2015 dokumentiert wurde, fällt der Wert auf etwa 16 Prozent. Frühere Einzelmessungen hatten für ähnliche Zeiträume noch widersprüchliche Ergebnisse geliefert, von einem Rückgang um rund 21 Prozent bis hin zu einem praktisch unveränderten Zustand. Der Vorteil der neuen Auswertung liegt darin, dass alle zehn Ereignisse mit demselben Verfahren und derselben Astrometrie auf Basis des Sternkatalogs Gaia DR3 behandelt wurden. Die Mitteilung des Planetary Science Institute ordnet den Befund ausdrücklich als Hinweis und nicht als Beweis ein.
Bestätigen lässt sich der Trend nur durch weitere Beobachtungen, und die sind aufwendig. Mit wachsender Entfernung wird der Zwergplanet lichtschwächer, entscheidend für eine brauchbare Messung ist jedoch nicht seine eigene Helligkeit, sondern die des jeweils bedeckten Sterns. Wann und wo ein solcher Schattenwurf über die Erde streicht, ergibt sich allein aus der Bahngeometrie und lässt sich mit modernen Sternkatalogen Monate im Voraus berechnen. Ein Ereignis am 1. Juni 2026, aufgezeichnet von einem Observatorium im australischen Queensland, ist in den ausgewerteten Datensatz noch nicht eingeflossen. Parallel liefert die Raumsonde New Horizons auf ihrem weiteren Weg durch den Kuipergürtel Messdaten aus einer Region, die von der Erde aus kaum zugänglich ist. Den sonnenfernsten Punkt seiner Bahn erreicht Pluto erst 2114.
The Planetary Science Journal, Changes in Pluto's Atmosphere Based on Stellar Occultation Data from 2017 to 2023; doi:10.3847/PSJ/ae6cdd